2024年，嫦娥六号探测器带回了一批来自月球背面的月壤样本。紧接着，中国科学院广州地球化学研究所（简称广州地化所）就接过了这批宝贵样品的研究任务。在接下来的两年里，广州地化所团队在这个领域取得了不少大突破。特别是在2024年11月，他们的一项重要研究成果登上了《Science》杂志的封面，给大家带来了一个巨大的惊喜：首次证明月球背面不仅有古老的岩石，还有最近才发生过的年轻的岩浆活动。这个成果由院士徐义刚和高级工程师张乐带领团队完成。 月球上正面和背面存在的显著差异一直是科学家们心中的谜。这次研究选取了嫦娥六号带回的南极-艾特肯盆地样本进行分析。这个盆地不仅是月球上最大、最深的盆地，也是最古老的盆地之一。研究人员发现，这些样本主要由两种玄武岩组成：一种是着陆区本地的低钛玄武岩，还有少量是来自东侧的超低钛玄武岩。 为了揭示这些岩石的形成时间和来源，研究人员使用了超高空间分辨率SIMS定年技术和激光剥蚀多接收电感耦合等离体质谱技术。他们对微小含锆矿物（小于5微米）、斜长石和晚期填隙物进行了详细的微区Pb-Pb和Sr-Nd同位素分析。结果显示，嫦娥六号低钛玄武岩形成于距今28.3亿年前的火山喷发活动。这表明月球背面也存在着距今30亿年以来的年轻火山活动。 与月球正面的样品相比，嫦娥六号样品有很多独特的地方：它具有极低的μ值（238U/204Pb）、初始Sr同位素比值和迄今为止最高的εNd值。这表明这些样品来自一个非常亏损不相容元素的月幔源区。这种特殊的月幔环境很难产生大规模的熔融活动和玄武岩喷发，这也解释了为什么南极-艾特肯盆地没有大量的月海玄武岩分布。 传统观点认为月球背面的月壳较厚，抑制了月海玄武岩喷发。但这个模型无法解释为什么薄月壳的南极-艾特肯盆地也缺乏大规模月海玄武岩。这次研究表明，除了月壳厚度外，月幔源区的物质组成也是影响火山分布的重要因素。 此外，这次获得的年龄数据填补了行星地质学领域在32亿到20亿年前撞击历史研究中的空白。新的撞击坑统计定年曲线显示，在经历早期频繁的小天体撞击后，撞击频率迅速下降，并在28.3亿年前达到了整体稳定状态。 基于这些发现，广州地化所团队还提出了一个新的热动力机制：随着月球冷却，岩石圈不断增厚。深部岩浆无法直接喷出表面，只能滞留在月幔浅部辉石岩层底部。这些被卡住的岩浆向上传导热量，触发浅部月幔部分熔融并导致火山喷发。 为了验证这个模型，团队分析了全月球遥感数据发现：大约在30亿年前后火山活动的热动力机制发生了明显变化。30亿年前热源复杂多样；而30亿年后热源趋于单一且自下而上的热传输机制占据主导地位。 进一步分析显示：月球正面晚期火山岩石化学特征与嫦娥五号玄武岩相近；而背面则更接近嫦娥六号的超低钛玄武岩。这表明正面和背面的月幔组成可能存在差异：正面含钛铁矿较多；而背面相对较少。 这些发现为我们理解月球的不对称演化提供了新线索：在时间上看，正面更像是一个相对封闭系统；而背面可能受到更频繁的外界干扰或影响因素更多样化一些。 除了以上这些成果外，这次研究还识别出两类形成时间相近但成分和来源深度迥异的玄武岩：一类是源自超过120公里深处的超低钛玄武岩；另一类是来自60至80公里深处的低钛玄武岩。 通过模拟高温高压环境下的反应过程：这两类岩石来自月球早期岩浆海洋冷却后形成的两种不同岩层——普通辉石岩层和含钛铁矿的辉石岩层（IBC）。 基于对嫦娥六号两类玄武岩的对比：研究团队提出了一个新的热动力机制——随着冷却加剧，岩石圈增厚后深部岩浆无法直接喷出表面只能滞留在辉石岩层底部传导热量从而触发部分熔融导致喷发。 为进一步验证该模型团队还分析了全月球遥感数据发现约30亿年前热源复杂多样可能包括放射性物质、潮汐力和陨石撞击等而之后趋于单一自下而上传导机制占据主导使得源区集中在浅部还有对于全月球遥感数据进一步分析显示正面晚期特征与嫦娥五号相似背面更接近嫦娥六号超低钛特征表明组成存在差异正面含钛较多背面相对较少这些发现为我们理解不对称演化提供新线索还有对于120公里深处超低钛与60至80公里低钛进行对比发现两种不同起源从而提出新机制进而更新撞击历史曲线填补32至20亿年之间空白显示早期频繁撞击后频率下降并于28.3亿年前达到稳定状态等等一系列重要发现都体现出广州地化所在此次研究中所展现出的卓越实力与科学贡献无论是在揭示月球演化奥秘还是完善行星地质学理论体系方面都做出了不可磨灭的贡献并且通过这次研究还极大地拓宽了我们对于月球内部结构与物质组成的认知视野为未来更深入地探索太空奠定了坚实基础同时也让我们更加期待未来更多关于月球奥秘被揭开的那一天！